[发明专利]水下岩土锚固工程的高耐久性FRP-钢筋锚杆

说明书

(一)技术领域

本发明创造属于岩土工程的锚固结构技术领域。本发明创造以常规的钢筋锚杆芯材与新创的纤维增强复合材料(英文名称：Fiber Reinforced Polymer，英文缩写：FRP)外壳复合构成一种全新的FRP-钢筋锚杆，是继钢锚杆、FRP锚杆之后的第三代更优秀的水下岩土锚固工程的高耐久性锚杆。

(二)背景技术

锚杆，是岩土锚固工程的主要构件，通过将其锚入岩土中承受拉力来平衡岩土的滑动推力，从而提高岩土的自稳能力。锚杆的这种结构作用及其岩土边界条件，要求锚杆不仅应具备高强度、低松弛的结构功能，而且还应具备高耐久性结构功能。目前岩土锚固工程常用的锚杆，主要有钢锚杆和FRP锚杆两类。其中，钢锚杆的普通钢筋锚杆和钢绞线锚杆，虽都具备高强度和低松弛结构功能，但因岩土中的腐蚀介质和水的电化学作用易使其锈蚀，故不具备高耐久性结构功能；钢锚杆中的不锈钢锚杆、环氧涂层钢筋锚杆和精轧螺纹钢筋锚杆，虽然耐久性较普通钢筋锚杆有所提高，但因不锈钢锚杆造价较贵和环氧涂层钢筋锚杆的涂层易施工损伤而使防护失效，都限制了其工程应用，仅精轧螺纹钢筋锚杆因其造价适中和耐久性稍优于普通钢筋锚杆，故勉为其难地成为目前水下岩土锚固工程的主打锚杆。FRP锚杆中的CFRP(碳纤维增强复合材料)锚杆，是同时具备高强度、低松弛和高耐久性结构功能的锚杆，但因其造价昂贵而很难用于实际工程；FRP锚杆中的AFRP(芳纶纤维增强复合材料)锚杆和GFRP(玻璃纤维增强复合材料)锚杆，虽也具备高强度和高耐久性结构功能，但因二者弹性模量较低(拉伸弹性模量约10～50GPa)，徐变较大(徐变须2年以上才趋于稳定)，故不具备低松弛结构功能，并且AFRP锚杆的工程造价较贵，也不具备工程应用的经济条件，仅GFRP锚杆因其工程造价与精轧螺纹锚杆相当，故勉强可用于结构耐久性要求较高但结构锚固力不太大的水下岩土锚固工程。本发明创造应用复合材料结构的“复合”思想，在普通螺纹钢筋外围新创一种GFRP防护外壳而复合构成FRP-钢筋锚杆，利用两种材料之长，使FRP-钢筋锚杆同时具备高强度、低松弛、高耐久性优良结构功能，并且工程造价与精轧螺纹钢筋锚杆相当，从而为水下岩土锚固工程推出一种技术、经济性能优于精轧螺纹钢筋锚杆和FRP锚杆的更新换代锚杆。

(三)发明内容

本发明创造的目的，是为水下岩土锚固工程提供一种既具备“高强度、低松弛、高耐久性”结构功能，又具有钢筋锚杆相同施工技术和相当工程造价的高品质FRP-钢筋锚杆，提升水下岩土锚固工程的技术水平和安全效果。

本发明创造的技术方案，是在除锈达标和清洁干净的普通螺纹钢筋上由内向外分层成型FRP找平层、FRP防护结构层和石英砂糙面层构成FRP-钢筋锚杆的FRP防护外壳，为钢筋构成一道坚固、长效的绝缘、防水、防腐保护层，并与钢筋连成粘接牢固、变形协调、共同工作的结构整体。FRP防护外壳的FRP找平层，由玻璃纤维无捻粗砂等长纤维浸渍环氧树脂或乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂张紧状态下沿钢筋螺纹方向湿法连续缠绕成型在钢筋螺纹沟槽内并填平沟槽构成。它也是FRP防护外壳与钢筋锚杆的高强抗剪连接界面层。FRP防护外壳的FRP防护结构层，由无碱玻璃纤维布或毡浸渍环氧树脂或乙烯基酯树脂或不饱和基酯树脂张紧状态下分次、分层、分正反螺旋方向、湿法连续缠绕包覆在成型好FRP找平层的钢筋锚杆表面构成。防护结构层厚度为1～3mm，缠绕层数≮3层，每层布错缝重叠搭接成型，后层布在前层布指触凝胶后铲平毛刺、剔除气泡并打磨平顺和清洁干净后成型。FRP防护外壳的石英砂糙面层，是在湿法成型完毕但未凝胶的FRP防护结构层表面通过喷射法粘固粒径为1～3mm，净间距为1/2～3/2粒径的干燥石英砂或高密度、高硬度砾石并使其部分嵌入FRP防护结构层内构成的铆钉式糙面层。它也是FRP-钢筋锚杆与岩土中锚固体水泥砂浆的咬合式抗剪连接界面层。

FRP-钢筋锚杆，可为水下岩土锚固工程带来如下有益效果：

1.锚杆的技术、经济性能更优越